“環境工程設計”課程教學改革的探索

包艷萍 李曉飛

佛山科學技術學院環境與化學工程學院 廣東佛山 528000

目前,國家高度重視可持續發展,踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念,大力發展環境保護事業。近年來隨著我國環境工程高等教育事業的高速發展,對環境工程專業畢業生解決實際問題的能力,特別是工程設計的能力,提出了更高的要求,給高校人才培養帶來了新的挑戰[1]。

“環境工程設計”是環境工程專業學生必修的專業課程之一,其性質和目的為適應環境保護事業發展和社會對環境人才的迫切需求,滿足社會對環境專業畢業生解決實際問題的能力,特別是工程設計的能力而開設的課程。“環境工程設計”是連接專業基礎理論與工程應用的紐帶,是建立工程思維、解決復雜環境工程問題的重要課程。該課程結合生態文明建設理念,系統講授“環境工程設計”的關鍵要素,包括設計基礎資料及前期工作、工藝流程設計、初步設計及施工圖設計、環境工程技術經濟分析等。“環境工程設計”一般以理論講授和設計實踐相結合的模式開展教學工作,但限于多方面的原因,設計相關的實踐教學開展深度不夠,而“環境工程設計”理論課程往往內容抽象,學生興趣不高、學習意愿不強,導致整體教學效果出現欠佳的情況[2]。鑒于此,針對“環境工程設計”教學實踐中面臨的教學難題,教學改革勢在必行。

1 “環境工程設計”課程的特點及教學目標

1.1 “環境工程設計”的特點

(1)交叉性、復雜性和多樣性。“環境工程設計”是多學科理論和技術的交叉,其知識和理論體系不僅源于工程技術領域,還源于自然科學、社會科學領域。“環境工程設計”與給水排水工程、通風熱力工程、建筑環境與設備工程、化學工藝與工程、能源工程等工程技術類學科密切相關,同時“環境工程設計”也與經濟學和法學等社會科學學科密切聯系。“環境工程設計”是以相關的法律法規為基礎和要求開展的,同時必須重點考慮的是項目建設的技術經濟問題,技術經濟分析評價貫穿于設計全過程。

(2)創新性。隨著社會經濟的高速發展,環境問題日益嚴峻[3],傳統環境工程技術已經逐漸不能滿足新的環境保護的要求,因此必須發展新的技術,更新淘汰陳舊、低效設備,“環境工程設計”也將迎來新的挑戰。

(3)經濟性、社會性。“環境工程設計”既要充分考慮環境效益,同時也需要實現經濟效益和社會效益的最大化,因此,“環境工程設計”是環境、經濟和社會的結合。

1.2 “環境工程設計”課程的教學目標

“環境工程設計”課程是環境工程專業的一門專業課程,本課程注意與工程基礎和專業技術類課程以及工程實踐環節的銜接,主要介紹“環境工程設計”的基礎知識、基本原則、設計程序、技術規范、污染物強度計算、環境工程工藝設計、環保設備選擇與設計、初步設計的內容與文件編制、環境工程施工圖設計、環境工程技術經濟分析等知識(圖1)。

圖1 “環境工程設計”課程體系

該課程為理論教學,學時為32學時。教師通過講授我國工程項目的法律法規,讓學生了解環境工程項目從項目建議書、可行性研究報告、工程設計的基本方法,通過典型的工程案例、理論聯系實際講解完成工程項目的過程。希望學生通過本課程學習,能夠掌握工程設計的基礎知識、基本原則、設計程序等,并具備能夠基本設計出滿足特定需求的處理工藝流程的能力。同時還強調環境工程項目經濟效益、環境效益和社會效益的學習,為學生今后從事“環境工程設計”工作打下基礎。

2 “環境工程設計”課程教學現狀及問題

從目前的教學效果來看,本課程存在以下問題。

2.1 課程設計不合理

“環境工程設計”具有交叉性、復雜性和多樣性的特點,使得該課程的教學難度大。目前,我校環境科學專業32學時的“環境工程設計基礎”均為理論課,沒有安排相應的計算機圖紙設計實踐課,也沒有安排課程設計等鞏固提升訓練,學生對環境工程項目設計的理解只停留在課本知識和理論上,沒有經過實踐鍛煉,無法獲得真正的提升。同時,大多數學生認為工程設計的理論、法規枯燥乏味。此外,我系雖然后續為學生安排了24個學時的“工程制圖與計算機繪圖”實訓教學,但主要講授的是CAD軟件的使用,以及簡單的構筑物圖的繪制,并未涉及環境工程項目圖紙繪制的完整流程,因此,學生在最后完成畢業設計的時候,容易出現理解混亂、實踐操作經驗不足,甚至圖紙錯誤的情況。

2.2 學生學習動力不足

“環境工程設計”是工程應用性學科,要求學生具備相應的專業知識。但“環境工程設計”的教學多與其他相關學科課程的授課同步進行,如“水污染控制工程”“大氣污染控制工程”“生態修復工程”等,學生消化吸收難度高。在課堂討論上,學生參與熱情不足;在完成課后作業上,學生重視度不高。同時,許多同學對該課程的價值認識不足,意識不到該課程對后續職業發展的重要性,學習欲望較低。此外,“紙上談兵”式的教學模式無法喚起學生的學習熱情,也無法達成以社會為導向的專業人才的培養目標。

2.3 教師隊伍普遍缺乏應當具備的實際工程經驗

目前,我系教師以研究型為主,尤其是近些年新引進的青年教師,大多數博士畢業后直接到高校任教,他們都是研究型人才,但卻沒有參與建設項目工程設計的實踐經驗,工程設計能力缺乏,“照本宣科”的教學方式即不能讓學生很好地理解工程設計的具體過程,同時也無法提升學生的學習興趣,難以達到良好的教學效果。

2.4 教材內容偏理論

我系環境工程專業學生使用的教材是陳杰瑢等主編的《環境工程設計基礎》,該教材側重于介紹“環境工程設計”的基本原則、設計的前期工作,工藝設計的選擇與圖紙繪制要求、環保設備設計基礎等,對設備設計和工程投資、經濟評價等也有相關的闡述,適用于理論教學。但對于工程項目設計的實際過程,該教材缺乏相應的案例介紹,學生的設計水平無法得到提升。

3 “環境工程設計”課程教學改革

“環境工程設計”的對象是對環境有影響的建設項目,主要指建成投產后,因排放廢氣、廢水、廢渣等污染物而一定會或可能會對環境帶來污染的項目。“環境工程設計”不能片面地理解為初期設計任務,也不是單一的圖紙設計,而是貫穿整個建設項目(圖2)全過程的指導方針。因此,學校需從全局出發,全方位培養學生工程設計的能力,激發學生的學習熱情,夯實教學效果,培育專業的環保人才。

圖2 工程項目管理程序圖[1]

3.1 注重學生實踐操作能力的培養

增設“環境工程設計”上機課或課程設計,使學生獲得一定的實踐操作機會。同時要關注理論和實踐的結合及平衡二者的重要性,可以有側重,但一定要講練結合,及時將理論轉化為實踐。從環境污染防治工程工藝流程設計、設備選型、構筑物設計與計算、車間廠房布置與設計、管道布置與設計等到圖紙繪制,讓學生全程參與并進行實操訓練,讓學生理解并掌握“環境工程設計”的原則、注意事項及設計要點。

3.2 激發學生學習動機及興趣

學習動機是學習的內驅力,興趣是學習最好的老師和最佳動機。因此,充分激發學生的學習熱情、調動學生學習的積極性是保障教學效果的關鍵。“環境工程設計”常常因單調的教師課堂講課的授課模式,以及學習內容的抽象性和學生認知的局限性,導致學生學習熱情不高。“環境工程設計”課程的大部分時間用來介紹“環境工程設計”的基本原則、設計的前期工作、建設項目工程分析、工藝流程的設計、環保設備的設計等內容,為了讓學生對“環境工程設計”有比較充分的理解,我們在講授工藝流程設計時,以生活污水處理廠為例,從項目選址、工藝流程選擇、進出水質參數的計算、管道布置與設計等方面進行闡述,讓學生充分理解“環境工程設計”在實際工程中的應用。在教學中經常跟學生分享一些工程經驗,如介紹工程項目建設過程中所涉及的工作單位及工作人員職責,甚至行業收入,讓學生對“環境工程設計”行業有充分的認識,為學生制定個人職業規劃、確定職業發展方向提供參考。同時可激發學生的學習熱情,發揮學生的主觀能動性,活躍課堂氣氛,引導學生自主學習。

3.3 校企合作共建課程

校企合作共建課程是指高校與企業合作,共同開發、設計、實施和評估課程的一種教育模式。這種模式不僅可以提高學生的實踐能力,還可以為企業提供更多的人才資源。針對我系教師工程背景欠缺、“環境工程設計”能力不足的問題,擬邀請企業具有環境工程項目設計經驗的工程師進行共同授課,并參與指導課程設計、圖紙繪制等實踐教學工作。利用工程師豐富的工程項目設計經驗,結合校內教師較強的理論基礎,校企合作共建工程可達到良好的教學效果。

3.4 多版本教材融合教學

筆者在深入解讀課標內容及環境工程學科核心素養內涵的基礎上,將各版本教材的內容進行聯系、對比、整合,立足學情,選擇適合深度學習的詳細而精確的學習內容,在陳杰瑢等主編的《環境工程設計基礎》教材的基礎上,筆者推薦學生學習陳家慶主編的《環保設備原理與設計》[4]、張統主編的《污水處理工程方案設計》[5]、王春榮主編的《水污染控制工程課程設計及畢業設計》[6]等,并在授課中縮減了《環境工程設計基礎》教材中重點不突出的章節,增加了《污水處理工程方案設計》中的城市污水處理廠設計案例分析,并針對畢業設計工作開辟了畢業設計專題等教學內容,通過融合各版本教材內容,關注學生學習過程,促進學生深度學習。

3.5 增設相關專業課程

“環境工程設計”是多學科相關專業知識的交叉融合,理論知識面廣而深。“環境工程設計”與其他多項工程技術領域密切相關,尤其是“給水排水工程”“通風熱力工程”“建筑環境與設備工程”等,涉及大量計算,學生沒有這方面的基礎時學習“環境工程設計”消化吸收難度高。鑒于此,我系增開了一系列相關課程,包括“水力學水泵”“給水排水管道工程”“大氣污染控制工程”“水污染控制工程”“固體廢棄物處理處置”“環境工程案例”等課程,這些課程與“環境工程設計”相輔相成,為培育專業的環保人才創造了條件。

4 結論

“環境工程設計”課程在環境工程學科人才培養體系中占有舉足輕重的地位,是培養學生工程思維和設計能力的重要教學環節,是學生順利完成畢業設計的基礎,也是學生畢業后參加工作迅速融入工作崗位并開展工程項目相關工作的重要前提。提高本課程的教學質量,必須要從課程的總體定位和教學目標著手,改革教學方法、提高教師的授課水平、完善教學內容并增設相關專業課程等,通過對課程的全面優化,激發學生的學習動力,提高教學效果,注重學生能力的培養,為社會輸送環境工程專業人才。